專利名稱：生物造氮法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用綜合配套措施系統(tǒng)協(xié)調(diào)作用，培育土壤固氮微生物，提高固 氮微生物固氮能力，提供并滿足作物生長所需高效氮素的技術(shù)。其特點是簡單方便，容易掌 握，利于操作。技術(shù)的應(yīng)用能使農(nóng)作物持續(xù)增產(chǎn)，收獲的農(nóng)產(chǎn)品安全優(yōu)質(zhì)。
背景技術(shù)：
化學(xué)造氮要大量消耗能源，加重大氣污染和溫室效應(yīng)，大量使用化肥，不僅增加農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)成本，而且導(dǎo)致水土污染，影響人類身體健康和破壞生態(tài)環(huán)境。適量恰當(dāng)?shù)厥褂没瘜W(xué) 肥料，可使糧食增產(chǎn)。但長期大量地單一片面依賴和使用化學(xué)肥料，已使土壤質(zhì)地、理化性 狀、結(jié)構(gòu)日趨不良，土壤微生物不斷減少，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及安全難以保證，農(nóng)作物抗逆性越來 越差，其缺點日益凸顯，增產(chǎn)作用日漸微弱?！白罱?0年，我國化肥總用量增加了 90.7%， 而糧食總產(chǎn)量僅增加了 9. 1%，氮素化肥的損失率高達(dá)45%，這意味著年損失1000億元以 上?！笨茖W(xué)研究表明，空氣中約有78%的氮氣，每畝地的上空約有5300噸氮，這是一個取之 不盡用之不竭的巨大氮源。但一般高等植物不能利用，需將它固定轉(zhuǎn)化為簡單化合物才能 吸收?，F(xiàn)在固定空氣中氮素的方法主要有兩種一是工業(yè)固氮，包括還原法制合成氨和氧 化法制硝酸，都要耗費很大的能量才能化合；二是生物固氮，利用各種固氮生物在常溫常壓 下以碳水化合物為能源，通過其體內(nèi)固氮酶的作用，將空氣中的氮素轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮。據(jù)聯(lián)合 國糧農(nóng)組織(FAO) 1995年粗略估計，全球每年有生物固定的氮量，已近2000，OOOt (相當(dāng)于 400，000, OOOt尿素)，約占全球植物需氮量的四分之三。所以，生物固氮是地球上最大規(guī)模 的天然氮肥工廠。但是我們卻沒能讓這些微生物很好地為我們固氮，而是去走了一條本不 該走的路——化學(xué)造氮。在全世界形成氮的簡單化合物總量中，化學(xué)合成的氮還占不到八 分之一，如果所有的氮完全靠化學(xué)方法合成，恐怕挖光地球也難以辦到?；瘜W(xué)氮的使用會損 害微生物，抑制生物固氮，如果其污染進(jìn)一步加劇，最后把這些微生物都?xì)缌?，那么，我?生活的這個世界將無法想象。化學(xué)造氮其實是得不償失。既然，微生物能為植物生長提供 最多的氮源，那么，積極開發(fā)應(yīng)用微生物固氮技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，選擇生物造氮方法才是 農(nóng)業(yè)發(fā)展人類生活正確的思路和方向。目前，世界各國正在抓緊生物固氮技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 中的應(yīng)用研究，用的最多的是生物接種，但因其菌種及易受外界不良環(huán)境的影響而失活加 之技術(shù)措施不配套而使其推廣應(yīng)用效果一直不好。也給更多的人對生物固氮的研究和應(yīng)用 產(chǎn)生了誤解，認(rèn)為難度大，進(jìn)展慢，效果差，難有成果，使得這條路走的曲曲折折。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決為現(xiàn)有技術(shù)的不足及存在的問題，本發(fā)明根據(jù)固氮微生物的性狀特點和 與作物的關(guān)系及各自特定的生活條件以及生物固氮的機(jī)制原理及相關(guān)的科學(xué)理論，提出了 一種系統(tǒng)綜合作用，增加土壤固氮微生物，提高固氮微生物固氮能力，提供作物生長所需氮 素的生物造氮法。此方法對于提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，農(nóng)作物品質(zhì)和抗逆性，肥沃土壤，降低化肥用 量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，減少水土污染和作物病蟲害及人類疾病，發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)將起重要作用，而且方法簡單，切實可行，容易做到。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1、種植豆科植物。共生固氮微生 物只有和植物互利共生時，才能固定空氣中的分子態(tài)氮，共生固氮微生物可分為兩種類型 根瘤菌和豆類共生體系，許多種豆類植物能和根瘤菌屬的相應(yīng)種共生；非豆類種子植物及 其內(nèi)生菌的共生固氮體系，有些非豆類種子植物也能和某種固氮微生物共生形成根瘤并固 氮，如榿木屬、楊梅屬、木麻黃屬等種類的根瘤內(nèi)有弗蘭克氏屬放線菌營共生固氮作用。因 此，積極種植豆科植物，增加復(fù)種，合理密植，生物多樣，高矮結(jié)合，立體栽培，靈活應(yīng)用豆科 植物與其它作物或豆科植物相互間輪作、連作、套作、間作、混作的方法和林地混種共生固 氮非豆類種子植物，選育和種植高效固氮高產(chǎn)良種，選擇與其環(huán)境條件相適宜或抗逆性強 的作物栽培，處理好固氮而不增產(chǎn)的矛盾，增強共生固氮作物的光合強度，增加土壤固氮微 生物。2、秸稈還田固氮。固氮微生物是指能夠把分子態(tài)氮還原成銨態(tài)氮的個體微小的原核 生物。科學(xué)研究證實，許多原核生物都能固氮，在原核生物的許多種群中都有能固氮的種 類，它們各自需要特定的生活條件。根據(jù)固氮微生物的固氮特點以及與植物的關(guān)系，可以將 它們分為自生固氮微生物、共生固氮微生物和聯(lián)合固氮微生物三類。自生固氮微生物在土 壤或培養(yǎng)基中生活時，可以自行固定空氣中的分子態(tài)氮，對植物沒有依存關(guān)系。常見的自生 固氮微生物包括以圓核固氮菌為代表的好氣性自生固氮菌，利用的是土壤中的腐殖質(zhì)，故 在生態(tài)體系中的成分是分解者，具有較強的固氮能力并且能夠分泌生長素；以梭菌為代表 的厭氧性自生固氮菌；以魚腥藻、念珠藻和顛藻為代表的具有異型胞的固氮藍(lán)藻，能分泌氨 基酸、多肽、糖類和激素，能促進(jìn)土壤固氮細(xì)菌的活動，也能為植物吸收利用。按它們的代謝 類型可分為以下三種光能自養(yǎng)固氮微生物，能進(jìn)行光合作用以二氧化碳為碳源，光合產(chǎn)物 為能源進(jìn)行固氮作用的微生物；化能自養(yǎng)固氮微生物，有些化能自養(yǎng)微生物能以二氧化碳、 亞鐵氧化物和分子態(tài)氮為碳、能、氮源；異養(yǎng)固氮微生物，進(jìn)行異養(yǎng)生活，以適宜的有機(jī)碳水 化合物為碳源和能源，滿足生活和固氮的需要。共生固氮微生物，根瘤菌與寄主植物建立共 生體系，寄主向根瘤菌提供碳源及其它物質(zhì)，而根瘤菌向寄主植物提供氮的化合物。聯(lián)合固 氮微生物，有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能夠生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗 等植物根內(nèi)的皮層細(xì)胞之間。這些固氮微生物和共生的植物之間具有一定的專一性，但不 形成根瘤那樣的特殊結(jié)構(gòu)。它們的固氮特點介于自生固氮和共生固氮之間。常見的有兩類 紅萍和魚腥藻聯(lián)合體系，行共生固氮作用；固氮地衣，有些地衣的光合伙伴是固氮藍(lán)細(xì)菌， 能進(jìn)行固氮作用。氮、碳代謝是一切生物最基本的代謝作用，而且是相互聯(lián)系的。固氮作用 需要消耗作為能源的碳源，植物共生固氮中固氮作用的能源直接來自光合作用，固氮生物 有選擇地利用碳源，其中以四碳二羧酸糖的利用較好。由此可知，種類齊全的作物秸稈是其 相適宜固氮微生物種群豐富的碳、氮、能源，能充分滿足多樣固氮微生物代謝的需要。所以， 作物秸稈不能廢棄，尤其是C4作物秸稈。要將其進(jìn)行對微生物有效的還田利用而固氮，其 方法是種什么還什么，滿足相宜固氮生物的需要；多作物間、套、混作、輪作、連作，體現(xiàn)作 物多樣性，使各種微生物都能獲得相應(yīng)的碳源；鮮桿及時切碎，或進(jìn)行接種，撒勻于地表，翻 犁入土，耙平覆蓋，做好好氣固氮微生物防氧保護(hù)滿足厭氧生物生活條件，以利微生物利用 和繁殖、衍菌固氮。讓固氮微生物在其專適或適宜或有用作物收割后還能繼續(xù)獲得生活及 代謝所需的碳、氮、能源而持續(xù)繁殖生長，碳、氮、能源越多，固氮微生物種群數(shù)量就越多，固 定的氮也就越多。3、水田養(yǎng)藻固氮。從上述而知，自生固氮微生物有一大類為具有異型胞的固氮藍(lán)藻，聯(lián)合固氮微生物常見的有紅萍和魚腥藻聯(lián)合體系和固氮地衣。中國科學(xué)院水產(chǎn) 生物研究所已進(jìn)行了 20年的研究，結(jié)果表明在藍(lán)藻生長過程中能釋放平均30%的總固氮 量供水稻吸收。藍(lán)藻死亡后，7-15天內(nèi)即可分解，釋放出有效養(yǎng)分。浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤 肥料研究所三年稻田養(yǎng)萍的定點測定，在養(yǎng)萍28-30天中每畝能產(chǎn)干物質(zhì)216. 9-332. 5斤， 增加氮素7. 82-11. 99斤，相當(dāng)于硫酸銨39-60斤。稻田放養(yǎng)藍(lán)藻，對培育健壯秧苗，促進(jìn)分 蘗增加穗粒和提高稻谷產(chǎn)量都有顯著效果。但放養(yǎng)藍(lán)藻應(yīng)力求放勻、放足、放早，淺水育養(yǎng)， 關(guān)水蓄放。4、專適菌群增植。豆科植物屬種專性共生固氮菌，非豆類種子植物和裸子植物 及其內(nèi)生菌的共生固氮體系，在其存量很少或缺乏時，其專適作物生長不良，產(chǎn)量不高。所 以，在未曾種過該種作物或已經(jīng)多年、已隔幾茬未種該種作物的土壤，尤其需要增植該種植 物的專適共生固氮菌，并且每次種植都給予補充，使之保持高產(chǎn)。本來，所有固氮菌都應(yīng)進(jìn) 行增植，只因這么多的固氮菌難以生產(chǎn)齊全，只能以專性促非專性。其方法是，選擇優(yōu)良菌 種，培養(yǎng)增殖，形成優(yōu)勢種群，在與專適秸稈共生，作底肥施入土中或播種時觸及潮土蓋種 覆土。5、接種方法改良?，F(xiàn)行接種方法，使用最多的是固氮菌拌種，其次是固氮菌兌水或兌 糞水灌根，其三是拌糞。拌種法易受土壤濕度制約使菌種失活，或種子爛壞。灌根法易使種 菌停留于表土因失水而失活。拌糞法適宜圓核固氮菌和非專性固氮菌而專性固氮菌不很適 宜。生糞有害微生物多，其種群數(shù)量占優(yōu)勢時，有益菌群會被侵食，糞肥過濕對好氣固氮菌 生長不利。根據(jù)不同種類固氮菌各自對其生活條件的特定需要和碳、氮代謝要求以及繁殖 規(guī)律，固氮菌的接種應(yīng)使用與其相適宜的基質(zhì)，又因固氮生物有選擇性地利用碳源，其中以 四碳二羧酸糖的利用最好，因此，接種基質(zhì)應(yīng)以C4植物秸稈為主料配合專適作物秸稈和配 與能促進(jìn)固氮菌活動的輔料應(yīng)用。方法是基質(zhì)潮水拌菌蓋種觸潮覆土，也可不拌菌種。種子 在潮濕條件下迅速發(fā)芽出苗，不會把種子當(dāng)做基質(zhì)讓其爛壞或使菌種失活。非專適性固氮 菌拌糞其家畜糞肥須充分腐熟除害。6、優(yōu)良菌種選育。豆類植物隨著根瘤含菌細(xì)胞的形成， 出現(xiàn)紅色的豆血紅朊，此時固氮作用開始，也是根瘤菌形成的特征。由于豆血紅朊的存在， 使根瘤呈現(xiàn)紅色，一般以此作為有效根瘤的標(biāo)志。據(jù)此以及微生物的生長循環(huán)規(guī)律，收獲時 選擇植株高大，籽粒飽滿，產(chǎn)量高，根瘤紅潤粗壯數(shù)量多的根，挖出棄土后，掛在通風(fēng)避光的 地方任其風(fēng)干，到下次播種時，取下根瘤搗碎加少量水拌基質(zhì)接種蓋種覆土培育，每畝用根 瘤約半斤。已有研究和報道表明，根系和根際土壤微生物的數(shù)量和活度及所貯藏的氮遠(yuǎn)遠(yuǎn) 高于非根際土壤。應(yīng)用這一理論，可將根系及其根際的土壤挖出，存留于瓦缸內(nèi)，到下次播 種時，每畝用此土約15斤拌基質(zhì)培養(yǎng)。也可進(jìn)行人工繁殖，將根瘤菌或根土拌入基質(zhì)，蓋上 薄膜并遮光，培育增殖，在菌絲即將出現(xiàn)時，又拌入基質(zhì)，這樣不斷反復(fù)培育，達(dá)到所需數(shù)量 時，翻拌散水，阻止菌絲生長，使持水量保留在有效菌生活范圍內(nèi)，然后裝入塑料袋密封，保 存于陰涼處，到下次播種時拌入基質(zhì)使用。7、系統(tǒng)綜合作用。生物固氮是一個生態(tài)系統(tǒng)，需 要各相關(guān)因子的協(xié)同配合、和諧統(tǒng)一才能發(fā)揮出良好作用，提高生物固氮能力，就是協(xié)調(diào)和 處理好這些相關(guān)因子，調(diào)整和平衡各種生態(tài)關(guān)系，使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。在諸多措施的應(yīng)用 中，特別要注意的是不能對土壤使用農(nóng)藥，要選育拮抗性微生物代替；不直接施用化肥和 無機(jī)肥料及未腐熟的家畜糞肥，化肥、無機(jī)肥、家畜糞肥要共同混拌堆制，先行無害化處理 后，再使用；要及時補充固氮微生物敏感物質(zhì)磷、鉀、鈣、綳、鉬、鈷、硫、鐵；要保持土壤適度 通氣和充足持水量，干旱季節(jié)可蓋地膜或種植豆類綠肥，土壤過板結(jié)時應(yīng)進(jìn)行松耕；調(diào)節(jié)好 土壤PH值，不使其過酸或過堿；不同固氮微生物有不同對成長溫度的要求，要熟悉各自的習(xí)性或去創(chuàng)造條件滿足或去尋找與之相適宜的條件，溫度不足可蓋地膜，溫度過高，可間種 高桿植物或?qū)⒆魑镅雍蠡蛱崆霸耘嘁部缮w秸稈保溫保濕；應(yīng)用生物多樣性原理，同茬多作 物配植，多作物秸稈還田，滿足不同固氮生物對炭的需要，使之持續(xù)固氮。一句話，就是要力 求統(tǒng)籌兼顧，綜合配套，系統(tǒng)作用，和諧有效。本發(fā)明的有益效果是，可以有效增加土壤固氮微生物及其對氮的固持，提高土壤 氮素，減少化肥用量，資源節(jié)約，環(huán)境友好，農(nóng)產(chǎn)品健康營養(yǎng)，生態(tài)文明，農(nóng)業(yè)可持續(xù)循環(huán)科 學(xué)發(fā)展。
具體實施例方式以蠶豆-玉米輪作為例。玉米收獲后，將高產(chǎn)玉米植株的根土挖出存留備用，留下 部分玉米桿切碎風(fēng)干作基質(zhì)用，隨后趁新鮮扎碎玉米桿拌入根瘤菌種和豆桿撒于地表翻耕 覆蓋耙平。然后撒上蠶豆再混播豌豆耙入土中。蠶豆、豌豆收獲時，先把好的根瘤選夠，再 收割，打落籽粒后，秸稈存于陰涼處，避免霉變。播種玉米種時，將玉米根土、玉米桿、豆桿潮 水拌勻蓋在種子上，覆土蓋嚴(yán)，玉米種需接觸潮土。再混播豇豆，菜豆和莧菜。若須施化肥 和微量肥料應(yīng)先堆制后作底肥使用。并注意合理密植，保證豆科植物的光合強度，使之固氮 又增產(chǎn)。
權(quán)利要求
一種應(yīng)用綜合配套措施，系統(tǒng)協(xié)調(diào)作用，培育土壤固氮微生物，提高固氮微生物固氮能力，提供并滿足作物生長所需高效氮素的生物造氮法。其特征是種植豆科植物，秸稈還田固氮，水田養(yǎng)藻固氮，專適菌群增植，接種方法改良，優(yōu)良菌種選育，系統(tǒng)綜合作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物造氮法，其特征是積極種植豆科植物，增加復(fù)種，合理 密植，生物多樣，高矮結(jié)合，立體栽培，靈活應(yīng)用豆科植物與其它作物或豆科植物相互間輪 作、連作、套作、間作、混作的方法和林地混種共生固氮非豆類種子植物，選育和種植高效固 氮高產(chǎn)良種，選擇與其環(huán)境條件相適宜或抗逆性強的作物栽培，處理好固氮而不增產(chǎn)的矛 盾，增強共生固氮作物的光合強度，增加土壤固氮微生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物造氮法，其特征是作物秸稈不能廢棄，尤其是C4作物 秸稈。要將其進(jìn)行對微生物有效的還田利用而固氮，其方法是種什么還什么，滿足相宜固 氮生物的需要；多作物間、套、混作、輪作、連作，體現(xiàn)生物多樣性，使各種微生物都能獲得相 應(yīng)的碳源；鮮桿及時切碎，或進(jìn)行接種，撒勻于地表，翻犁入土，耙平覆蓋，做好好氣固氮微 生物防氧保護(hù)滿足厭氧生物生活條件，以利微生物利用和繁殖、衍菌固氮。讓固氮微生物在 其專適或適宜或有用作物收割后還能繼續(xù)獲得生活及代謝所需的碳、氮、能源而持續(xù)繁殖 生長，碳、氮、能源越多，固氮微生物種群數(shù)量就越多，固定的氮也就越多。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物造氮法，其特征是稻田放養(yǎng)藍(lán)藻，對培育健壯秧苗，促 進(jìn)分蘗增加穗粒和提高稻谷產(chǎn)量都有顯著效果。但放養(yǎng)藍(lán)藻應(yīng)力求放勻、放足、放早，淺水 育養(yǎng)，關(guān)水蓄放。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物造氮法，其特征是專適菌群增植，以專性促非專性。其 方法是，選擇優(yōu)良菌種，培養(yǎng)增殖，形成優(yōu)勢種群，在與專適秸稈共生，作底肥施入土中或播 種時觸及潮土蓋種覆土。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物造氮法，其特征是接種基質(zhì)應(yīng)以C4植物秸稈為主料配 合專適作物秸稈和配與能促進(jìn)固氮菌活動的輔料應(yīng)用。方法是基質(zhì)潮水拌菌蓋種觸及潮土 并覆土，也可不拌菌種。種子在潮濕條件下迅速發(fā)芽出苗，不會把種子當(dāng)做基質(zhì)讓其爛壞或 使菌種失活。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物造氮法，其特征是收獲時選擇植株高大，籽粒飽滿，產(chǎn) 量高，根瘤紅潤粗壯數(shù)量多的根，挖出棄土后，掛在通風(fēng)避光的地方任其風(fēng)干，到下次播種 時，取下根瘤搗碎加少量水拌基質(zhì)接種蓋種覆土培育，每畝用根瘤約半斤；也可將根系及其 根際的土壤挖出，存留于瓦缸內(nèi)，到下次播種時，每畝用此土約15斤拌基質(zhì)培養(yǎng)；或進(jìn)行優(yōu) 良菌種人工選育繁殖，將根瘤菌或根土拌入基質(zhì)，蓋上薄膜并遮光，培育增殖，在菌絲即將 出現(xiàn)時，又拌入基質(zhì)，這樣不斷反復(fù)培育，達(dá)到所需數(shù)量時，翻拌散水，阻止菌絲生長，使持 水量保留在有效菌生活范圍內(nèi)，然后裝入塑料袋密封，保存于陰涼處，到下次播種時拌入基 質(zhì)使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物造氮法，其特征是生物固氮是一個生態(tài)系統(tǒng)，需要各 相關(guān)因子的協(xié)同配合、和諧統(tǒng)一才能發(fā)揮出良好作用，在諸多措施的應(yīng)用中，特別要注意的 是不能對土壤使用農(nóng)藥，要選育拮抗性微生物代替；不直接施用化肥和無機(jī)肥料及未腐 熟的家畜糞肥，化肥、無機(jī)肥、家畜糞肥要共同混拌堆制，先行無害化處理后，再使用；要及 時補充固氮微生物敏感物質(zhì)磷、鉀、鈣、綳、鉬、鈷、硫、鐵；要保持土壤適度通氣和充足持水 量，干旱季節(jié)可蓋地膜或種植豆類綠肥，土壤過板結(jié)時應(yīng)進(jìn)行松耕；調(diào)節(jié)好土壤PH值，不使其過酸或過堿；不同固氮微生物有不同對成長溫度的要求，要熟悉各自的習(xí)性或去創(chuàng)造條 件滿足或去尋找與之相適宜的條件，溫度不足可蓋地膜，溫度過高，可間種高桿植物或?qū)⒆?物延后或提前栽培也可蓋秸稈保溫保濕；應(yīng)用生物多樣性原理，同茬多作物配植，多作物秸 稈還田，滿足不同固氮生物對炭的需要，使之持續(xù)固氮。一句話，就是要力求統(tǒng)籌兼顧，綜合 配套，系統(tǒng)作用，和諧有效。
全文摘要
化學(xué)造氮和大量使用化肥的缺點日益凸顯，增產(chǎn)作用日漸微弱。因此而提出一種生物造氮的方法，其核心是根據(jù)不同固氮微生物的性狀特點及其與植物的關(guān)系和各自不同的生活條件以及生物固氮的機(jī)制原理及相關(guān)的科學(xué)理論，采取多種措施，系統(tǒng)協(xié)調(diào)，整體配合，綜合作用，培育和增加土壤固氮微生物，提高固氮微生物固氮能力，利用固氮生物制造氮肥，滿足作物生長所需氮素。此方法能不斷減少化肥用量，逐步恢復(fù)和和培肥地力，提高農(nóng)作物抗逆性和品質(zhì)，資源節(jié)約，環(huán)境友好，循環(huán)替代，可持續(xù)發(fā)展。
文檔編號A01B79/00GK101990799SQ20091009491
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者羅林松 申請人:羅林松